Populações & Metapopulações. Marco A. R. Mello
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- Victor di Castro Castelhano
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1 Populações & Metapopulações Marco A. R. Mello 1
2 Tadarida brasiliensis 2
3 Tadarida brasiliensis 3
4 4
5 5
6 Objetivo da aula Apresentar diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie e o que se sabe sobre sua estrutura e dinâmica 6
7 Escopo da aula 7
8 Escopo da aula Uma breve introdução às populações e metapopulações 7
9 Escopo da aula Uma breve introdução às populações e metapopulações Não dá para falar sobre tudo, mas dá para passar uma boa noção geral do assunto 7
10 Escopo da aula Uma breve introdução às populações e metapopulações Não dá para falar sobre tudo, mas dá para passar uma boa noção geral do assunto Aulas mais aprofundadas serão dadas depois, em Ecologia I 7
11 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 8
12 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 9
13 Planeta Escalas espaciais ecológicas Bioma Região Paisagem Local 10
14 Níveis de organização ecológicos Biosfera Bioma Ecossistema Comunidade População Indivíduo 11
15 Complexidade 12
16 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Carbono (C) 13
17 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Carbono (C) 13
18 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Carbono (C) 13
19 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Carbono (C) 13
20 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Carbono (C) 13
21 Diamante Grafite Duro Transparente Baixa condutividade X Macio Opaco Alta condutividade Não se pode Carbono adivinhar (C) todas as propriedades de um sistema complexo, só com base nas propriedades dos seus elementos 13
22 Sistemas de organismos da mesma espécie 14
23 Sistemas de organismos da mesma espécie Elemento: indivíduo 14
24 Sistemas de organismos da mesma espécie Elemento: indivíduo Sistema: conjunto de indivíduos que interagem 14
25 Sistemas de organismos da mesma espécie Elemento: indivíduo Sistema: conjunto de indivíduos que interagem Como no caso dos alótropos de carbono 14
26 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 15
27 Quantos animais e plantas há em um dado local? 16
28 Pessoas e alimentos 17
29 Thomas Malthus Um ensaio sobre o princípio da população (1798) 18
30 Thomas Malthus Um ensaio sobre o princípio da população (1798) A população humana cresce exponencialmente 18
31 Thomas Malthus Um ensaio sobre o princípio da população (1798) A população humana cresce exponencialmente A produção de alimentos cresce linearmente 18
32 Thomas Malthus Um ensaio sobre o princípio da população (1798) A população humana cresce exponencialmente A produção de alimentos cresce linearmente Resultado: miséria e fome 18
33 Thomas Malthus Um ensaio sobre o princípio da população (1798) A população humana cresce exponencialmente A produção de alimentos cresce linearmente Resultado: miséria e fome A Revolução Verde nos salvou depois, entre os anos 1940 e
34 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 19
35 Sistemas de organismos conspecíficos 20
36 População Conjunto de organismos de uma mesma espécie que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo 21
37 Limites: Onde a população começa e termina? Limites físicos reais: barreiras para sobrevivência ou dispersão 22
38 Limites: Onde a população começa e termina? Limites físicos reais: barreiras para sobrevivência ou dispersão Limites físicos arbitrários: definidos de acordo com a pergunta de trabalho ou as limitações amostrais 22
39 Problema 23
40 Problema A grande maioria dos estudos parte da premissa de que as populações são fechadas, pelo menos durante o período de estudo 23
41 Problema A grande maioria dos estudos parte da premissa de que as populações são fechadas, pelo menos durante o período de estudo Será que populações naturais são assim mesmo? 23
42 24
43 25
44 E se alguns indivíduos se moverem entre populações? 26
45 Metapopulação Exemplo: marsupiais que vivem em florestas (Micoureus paraguayanus) 27
46 ReBio Poço das Antas Silva Jardim, RJ 28
47 Paisagem heterogênea: Ilhas naturais de Mata Atlântica 29
48 Populações locais e metapopulação (Pires et al. 2002, Lira et al. 2007) 30
49 Populações locais e metapopulação (Pires et al. 2002, Lira et al. 2007) P 4 P 5 P 3 P 1 P 7 P 6 P 2 30
50 Populações locais e metapopulação (Pires et al. 2002, Lira et al. 2007) P 4 P 5 P 3 P 1 P 7 P 6 P 2 Diâmetro = tamanho populacional 30
51 Metapopulação 31
52 Metapopulação Uma população de populações 31
53 Metapopulação Uma população de populações Conceito: Um conjunto de populações locais conectadas por dispersão de indivíduos (Levins 1969) 31
54 Metapopulação Uma população de populações Conceito: Um conjunto de populações locais conectadas por dispersão de indivíduos (Levins 1969) Hábitat distribuído em manchas: uma população em cada mancha (e.g., fragmentos de mata) 31
55 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 32
56 Estrutura: propriedades emergentes 33
57 População 34
58 Propriedades da população 35
59 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos 35
60 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte 35
61 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte Taxas de natalidade e mortalidade 35
62 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte Taxas de natalidade e mortalidade Taxas de emigração e imigração 35
63 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte Taxas de natalidade e mortalidade Taxas de emigração e imigração Estrutura etária 35
64 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte Taxas de natalidade e mortalidade Taxas de emigração e imigração Estrutura etária Distribuição espacial 35
65 Propriedades da população Tamanho = número de indivíduos Capacidade suporte Taxas de natalidade e mortalidade Taxas de emigração e imigração Estrutura etária Distribuição espacial Viabilidade 35
66 Estimativa do tamanho populacional Número de indivíduos em uma área Populações fechadas ou abertas Censo Marcação e recaptura Es.ma.vas estaas.cas 36
67 Estrutura etária 37
68 Metapopulação 38
69 Propriedades da metapopulação 39
70 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais 39
71 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais Taxas locais de migração 39
72 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais Taxas locais de migração Probabilidade de colonização de populações locais 39
73 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais Taxas locais de migração Probabilidade de colonização de populações locais Probabilidade de ex.nção de populações locais 39
74 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais Taxas locais de migração Probabilidade de colonização de populações locais Probabilidade de ex.nção de populações locais Arranjo espacial 39
75 Propriedades da metapopulação Tamanho = número de populações locais Taxas locais de migração Probabilidade de colonização de populações locais Probabilidade de ex.nção de populações locais Arranjo espacial Estrutura de rede 39
76 Tipos de metapopulação altamente conectada em manchas clássica manchas isoladas continente-ilha altamente isolada não-equilíbrio Manchas ocupadas Manchas vazias Limites da população Dispersão Limites da metapopulação todas pequenas pequenas e grandes todas grandes Tamanho das manchas 40
77 Tipos de metapopulação altamente conectada em manchas clássica manchas isoladas continente-ilha altamente isolada não-equilíbrio Manchas ocupadas Manchas vazias Limites da população Dispersão Limites da metapopulação todas pequenas pequenas e grandes todas grandes Tamanho das manchas 40
78 Tipos de metapopulação altamente conectada em manchas clássica manchas isoladas continente-ilha altamente isolada não-equilíbrio Manchas ocupadas Manchas vazias Limites da população Dispersão Limites da metapopulação todas pequenas pequenas e grandes todas grandes Tamanho das manchas 40
79 Tipos de metapopulação altamente conectada em manchas clássica manchas isoladas continente-ilha altamente isolada não-equilíbrio Manchas ocupadas Manchas vazias Limites da população Dispersão Limites da metapopulação todas pequenas pequenas e grandes todas grandes Tamanho das manchas 40
80 Tipos de metapopulação altamente conectada em manchas clássica manchas isoladas continente-ilha altamente isolada não-equilíbrio Manchas ocupadas Manchas vazias Limites da população Dispersão Limites da metapopulação todas pequenas pequenas e grandes todas grandes Tamanho das manchas 40
81 Propriedades da metapopulação 41
82 Propriedades da metapopulação número de populações locais P 4 P 5 P 3 P 1 P 7 P 6 P 2 41
83 Propriedades da metapopulação número de populações locais P 4 P 5 P 3 P 1 taxa de migração P 7 P 6 P 2 41
84 Propriedades da metapopulação número de populações locais P 4 P 5 P 3 P 1 taxa de migração P 7 P 6 colonização extinção P 2 41
85 Metapopulações como redes complexas (Urban et al. 2001, 2009 ) População = vér.ce Migração = aresta P 4 P 3 P 5 P 1 P 7 P 6 Diâmetro do vér5ce ~ centralidade Espessura da aresta ~ freqüência de dispersão P 2 42
86 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 43
87 Populações 44
88 Fatores que determinam as variações no tamanho populacional tamanho populacional 45
89 Fatores que determinam as variações no tamanho populacional natalidade imigração tamanho populacional 45
90 Fatores que determinam as variações no tamanho populacional natalidade imigração tamanho populacional emigração mortalidade 45
91 Fatores que determinam as variações no tamanho populacional natalidade r = natalidade/mortalidade taxa intrínseca de crescimento imigração tamanho populacional emigração mortalidade 45
92 Crescimento populacional Crescimento exponencial não reflete a realidade: recursos ilimitados, nenhuma competição intraespecífica, mortalidade zero Tempo (t) N = tamanho populacional r = taxa intrínseca de crescimento Adaptado de Begon (2006) 46
93 Capacidade suporte: K Qual é o tamanho máximo que a população pode atingir em um dado local, em um dado momento? Natalidade Mortalidade Adaptado de Begon (2006) 47
94 Capacidade suporte: K Qual é o tamanho máximo que a população pode atingir em um dado local, em um dado momento? Natalidade Mortalidade História natural da espécie Clima, alimento, inimigos naturais, doenças Varia de acordo com o ambiente Regulação dependente de densidade Adaptado de Begon (2006) 47
95 Crescimento populacional Crescimento exponencial não reflete a realidade: recursos ilimitados, nenhuma competição intraespecífica, mortalidade zero Tempo (t) N = tamanho populacional r = taxa intrínseca de crescimento Adaptado de Begon (2006) 48
96 Crescimento populacional Crescimento exponencial não reflete a realidade: recursos ilimitados, nenhuma competição intraespecífica, mortalidade zero Crescimento logístico é mais realista, pois considera fatores limitantes do crescimento e dependentes de densidade Tempo (t) N = tamanho populacional r = taxa intrínseca de crescimento K = capacidade suporte Adaptado de Begon (2006) 48
97 Crescimento logístico Tamanho populacional (N) capacidade suporte (K) potencial biótico crescimento exponencial resistência ambiental a população estabiliza Tempo (t) Adaptado de Begon (2006) 49
98 Dinâmica estruturada pela idade I Sobrevivência ln[l(x)] III II Idade (x) 50
99 Análise de viabilidade populacional 51
100 Análise de viabilidade populacional Qual é chance de uma dada população local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo? 51
101 Análise de viabilidade populacional Qual é chance de uma dada população local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo? Simulação matemá.ca parametrizada com dados de história natural 51
102 Análise de viabilidade populacional Qual é chance de uma dada população local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo? Simulação matemá.ca parametrizada com dados de história natural Parâmetros: N 0 r K heterozigosidade vários outros... 51
103 Análise de viabilidade populacional Probabilidade de extinção local Tempo 52
104 Padrões de distribuição espacial dos indivíduos de uma população aleatória uniforme agregada Adaptado de Begon (2006) 53
105 Distribuição espacial: fatores Distribuição do alimento/nutrientes Distribuição de abrigos/ninhos Compe.ção intra- e interespecífica Relação custo- benefcio dos recursos 54
106 Uso do espaço A forma como os indivíduos de uma população local usam o espaço influencia a estrutura da metapopulação 55
107 Metapopulações 56
108 Modelo metapopulacional simples (Levins 1969) 57
109 Modelo metapopulacional simples (Levins 1969) P = proporção de manchas de hábitat ocupadas 1 - P = proporção de manchas de hábitat desocupadas c = taxa de colonização de manchas ( natalidade ) ε = taxa de ex.nção de manchas ( mortalidade ) 57
110 Modelo metapopulacional simples (Levins 1969) P = proporção de manchas de hábitat ocupadas 1 - P = proporção de manchas de hábitat desocupadas c = taxa de colonização de manchas ( natalidade ) ε = taxa de ex.nção de manchas ( mortalidade ) Se ε > c, a metapopulação não persiste 57
111 Modelo metapopulacional simples (Levins 1969) P = proporção de manchas de hábitat ocupadas 1 - P = proporção de manchas de hábitat desocupadas c = taxa de colonização de manchas ( natalidade ) ε = taxa de ex.nção de manchas ( mortalidade ) Se ε > c, a metapopulação não persiste Para a metapopulação persis.r, ε/c < 1 57
112 Modelo metapopulacional baseado na equação de crescimento logístico (Hanski 2001) 58
113 Modelo metapopulacional baseado na equação de crescimento logístico (Hanski 2001) Capacidade suporte análoga a K P eq = 1- ε/c 58
114 Modelo metapopulacional baseado na equação de crescimento logístico (Hanski 2001) Capacidade suporte análoga a K P eq = 1- ε/c Natalidade e mortalidade de populações locais 58
115 Modelo metapopulacional baseado na equação de crescimento logístico (Hanski 2001) Capacidade suporte análoga a K P eq = 1- ε/c Natalidade e mortalidade de populações locais Presume- se que todas as populações locais se comportem de maneira igual 58
116 Dinâmica metapopulacional Proporção de manchas ocupadas c = 0.75 ε = 0.55 P eq = 0.27 Tempo 59
117 Caos 60
118 Dinâmica caótica Pequenas variações em r podem levar a uma dinâmica com comportamento caótico Tamanho populacional Tamanho populacional Tempo r 1 = 0.5 r 2 = 1.5 Tempo r 3 =
119 Uma estrutura de metapopulação pode acalmar as dinâmicas caóticas das populações locais Tamanho populacional Tamanho populacional Tempo 62
120 Uma estrutura de metapopulação pode acalmar as dinâmicas caóticas das populações locais Tamanho populacional Tamanho populacional Tempo As populações se conectam em T = 49 com m =
121 Outra vantagem da estrutura de metapopulação 63
122 Outra vantagem da estrutura de metapopulação Uma estrutura de metapopulação permite o fluxo gênico entre populações locais, evitando a depressão por endocruzamento 63
123 Outra vantagem da estrutura de metapopulação Uma estrutura de metapopulação permite o fluxo gênico entre populações locais, evitando a depressão por endocruzamento Isso é fundamental em espécies com populações ameaçadas 63
124 Outra vantagem da estrutura de metapopulação Uma estrutura de metapopulação permite o fluxo gênico entre populações locais, evitando a depressão por endocruzamento Isso é fundamental em espécies com populações ameaçadas Corredores ecológicos são estabelecidos para criar metapopulações 63
125 Complexidade Histórico Sistemas Estrutura Dinâmica Aplicações 64
126 65 Populações: r e K
127 Populações: r e K Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperação dos estoques 65
128 Populações: r e K Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperação dos estoques Controle populacional humano 65
129 66 Populações: AVP
130 Populações: AVP Es.ma.va da probabilidade de persistência de uma população em um dado intervalo de tempo 66
131 Populações: AVP Es.ma.va da probabilidade de persistência de uma população em um dado intervalo de tempo Recuperação de populações ameaçadas 66
132 Populações: AVP Es.ma.va da probabilidade de persistência de uma população em um dado intervalo de tempo Recuperação de populações ameaçadas Exemplo: mico- leão dourado 66
133 Metapopulações: desenho de reservas 67
134 Metapopulações: desenho de reservas Dilema SLOSS: single large or several small? 67
135 Metapopulações: desenho de reservas Dilema SLOSS: single large or several small? Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hábitat 67
136 Metapopulações: desenho de reservas Dilema SLOSS: single large or several small? Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hábitat Planejamento de corredores ecológicos 67
137 Metapopulações: dinâmica de epidemias 68
138 Metapopulações: dinâmica de epidemias Doenças emergentes: ameaça à biodiversidade, à segurança alimentar e aos humanos 68
139 Metapopulações: dinâmica de epidemias Doenças emergentes: ameaça à biodiversidade, à segurança alimentar e aos humanos Probabilidade de contágio como uma função da estrutura metapopulacional 68
140 Moral da história 69
141 Mensagens principais 70
142 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação 70
143 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação Uma população é um conjunto de organismos da mesma espécie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo 70
144 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação Uma população é um conjunto de organismos da mesma espécie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo Uma metapopulação é um conjunto de populações locais interligadas por indivíduos migrantes 70
145 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação Uma população é um conjunto de organismos da mesma espécie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo Uma metapopulação é um conjunto de populações locais interligadas por indivíduos migrantes Populações e metapopulações têm propriedades emergentes 70
146 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação Uma população é um conjunto de organismos da mesma espécie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo Uma metapopulação é um conjunto de populações locais interligadas por indivíduos migrantes Populações e metapopulações têm propriedades emergentes Populações e metapopulações variam no tempo em função de fatores intrínsecos, interações ecológicas e fatores ambientais 70
147 Mensagens principais Há diferentes.pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espécie, agrupados sob os conceitos de população e metapopulação Uma população é um conjunto de organismos da mesma espécie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo Uma metapopulação é um conjunto de populações locais interligadas por indivíduos migrantes Populações e metapopulações têm propriedades emergentes Populações e metapopulações variam no tempo em função de fatores intrínsecos, interações ecológicas e fatores ambientais As teorias relacionadas a essas duas en.dades ecológicas são aplicadas ao manejo de recursos naturais, conservação e restauração 70
148 Sugestões de leitura 71
149 Sugestões de leitura Livros Begon et al Popula.on ecology: a unified study of animals and plants. Willey- Blackwell, New York. Gotelli NJ A primer of ecology. Sinauer Associates, Sunderland. Hanski I Metapopula.on ecology. Oxford University Press, Oxford. Malthus TR An essay on the principle of popula.on. Reprint by Electronic Scholarly Publishing Project, London. Ar8gos Fernandez FAS Nunca é por causa da demografia. O Eco, online. Levins R Some demographic and gene.c consequences of environmental heterogeneity for biological control. Bulle.n of the Entomological Society of America 15: Urban DL, Minor ES, Treml EA, Schick RS Graph models of habitat mosaics. Ecology Le ers 12:
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